直縫焊管排輥成型過程及機組介紹

直縫焊管排輥成型過程

在利用排輥成型工藝生產直縫焊管時所用材料主要是冷軋或熱軋帶鋼。為了保證機組能順利產出合格的產品，需要對原料進行準備階段處理。首先是對鋼卷進行開卷，因為帶鋼的平整度對焊管的管體質量有著直接的影響，所以要對展開后的帶鋼進行矯直處理。由于排輥成型機組是連續生產的，帶鋼的輸送不能停止，所以需要將下一卷的帶鋼的端部與上一卷的尾部焊接在一起，為了保證焊接質量，焊接前需要對矯直后的帶鋼進行端部剪切。然后將帶鋼存入活套中，以確保有足夠的原材料供應，保證生產的連續性。帶鋼彎曲成型為管坯后，其邊部經過焊接，形成焊縫，焊縫的質量好壞，直接影響著焊管在以后的使用性能，所以帶鋼在從活套進入輥彎成型段之前，需要對帶鋼進行銑邊處理，保證管坯邊緣的平直，以確保焊接質量。

經過準備階段處理的原材料帶鋼進入輥彎階段成型，在這個過程中，帶鋼首先經過彎邊輥的作用對其邊部進行彎曲，然后在后續軋輥的作用下變形成U形，在精成型輥處成型為0形，成型段結束。管坯在此階段經歷復雜的變形，軋輥輥位、形狀及其它參數對管坯的應變、受力的均勻性有著重要的影響，參數的不合理易導致邊浪、鼓包等缺陷，進而影響著接下來管縫的焊接質量。帶鋼在成型階段彎曲成留有較小開口度的O管坯后，進入焊接擠壓單元。本文研究對象采用的是高須焊接，其產生的集膚效應與鄰近效應]，使待焊管坯邊緣成熔融狀態，通過后面布置的擠壓輥的擠壓，使得熔融狀態的管縫閉合，完成焊接]。由于管坯在成型段經歷復雜的大變形，難免產生殘余應力及加工硬化，尤其在焊接工序，經過高溫加工，焊縫處不僅品粒組織會與管體不同，還會留有較大的殘余應力，殘余應力的產生，極易導致在焊管的使用過程中產生殘余應力腐蝕，影響其使用壽命和工程質量，這就需要對焊管進行熱處理，以消除殘余應力與組織缺陷。為了使焊管直徑、圓整度達到出廠使用要求，需要對焊管進行定徑和矯正處理。最后對產品進行去毛刺、表面添加涂層等處理，然后封裝入庫。

機組成型段介紹

直縫焊管排輥成型機組的成型段是整條生產線的核心部分，此階段管坯的成型質量，對后續的焊接、精整工序有著重要的影響。因而這一段也是該領域的重點研究內容。本文的研究對象HFW660機組是德國西馬克梅爾公司（SMS·Meer）推出的目前國際上最為先進的排輥成型機組，通過對大型CAD軟件SolidWorks二次開發完成成型段的快速建模，考慮到現場機組結構極其復雜，在快速建模過程中，只保留了原材料帶鋼和與其直接接觸的軋輥。其效果如圖2.1所示。沿帶鋼在機組上的方向，該機組成型段依次包括：夾送輥、彎邊輥、預成型段、線成型段、精成型段。其中預成型段和線成型段由于多組排輥的布置，合稱為排輥成型段。

在排輥成型段分布著多對成對稱布置的小排輥，對成型過程中帶鋼邊部進行約束。在準備階段修整后的帶鋼經夾送輥進入成型段，依次經過各階段，逐漸變形，出精成型后成為待焊管坯。在此介紹其成型段各處的結構及其作用。

（1）夾送輥與彎邊輥

機組的夾送輥是兩個形狀規則、水平布置的圓柱形軋輥，夾送輥為主動輥，負責將帶鋼輸送進成型段，并對帶鋼的前進提供動力，不對帶鋼產生變形作用，輥縫的大小根據板材的厚度變化而變化。夾送輥為成型段的開端，采用下山法成型時，下山量的大小就是以夾送輥輥縫所在水平面為參考面。兩組彎邊輥布置在夾送輥之后，在機組的兩邊對稱分布，每組由上下兩個軋輥組成，其結構與模具相似，上輥突起，下輥凹陷，輥縫成圓弧形狀。出精成型之后要對管坯邊部進行焊接，如果邊部變形量不夠，焊接后容易使得焊管橫截面成梨形，也就是所謂的“嘶嘴”，圓整度較差，嚴重影響焊管的焊縫質量。彎邊輥的作用就是對帶鋼邊部首先進行彎曲變形，使得邊部的彎曲半徑接近所要生產的焊管的半徑，以保證管縫的焊接質量。每組彎邊輥適用于生產一定口徑范圍的產品。

（2）排輥成型段

排輥成型段包括預成型段和線成型段。帶鋼在經過彎邊輥之后，進入到預成型段。此階段開始布置排輥，另外還有一組上輥（四個）、一組大壓下輥。排輥共有13對，對稱分布于機組兩側，其中包括十對小排輥，和大壓下輥兩側的三對大排輥。排輥的布置，能有效約束帶鋼的邊部，防止回彈，避免了較大的變形，其輥位參數可以通過機架上的立柱進行整體上下左右的調整，單獨每個排輥還能調整其角度。此階段的大壓下輥為主動輥，為帶鋼的前進提供動力，其轉速以及與下輥之間的輥縫大小不合理，很容易對管體造成劃傷，和上輥共同作用于帶鋼的中部，使其逐步彎曲。上輥和大壓下輥的輥位只能豎直上下調動，約束著成型底線。線成型段成型區間較長、布置的軋輥數量相對較多，其中包括58個排輥、三組共十二個支承輥、四組共十二個內成型輥，均相對于鋼帶中心對稱分布。與預成型段一樣，排輥對鋼帶邊部進行約束，防止回彈，其輥位參數調整方法也相同：內輥起到對帶鋼靠近中心線區域變形作用，使其逐漸彎曲；支承輥在工作時處于帶鋼下面，起到支撐和約束成型底線的作用。支承輥及中心線上內輥的輥位只能豎直上下調整，中心線兩側的內輥除了可以上下調動外，其角度也可以進行調整。

（3）精成型段

精成型段有三個機架，每個機架上有四個軋輥通過裝配，形成一個與產品管徑接近的封閉的圓環，三個上輥上面有導向片，作用是控制帶鋼邊部質量，同時約束管坯兩邊緣位置對稱，確保焊縫處于軋制中心線正上方。此階段不再設置排輥，與傳統的輥式成型相似。管坯在此階段，成型為留有少量開口的圓形管坯，準備進入焊接階段，成型段到此結束。